Transcript 程序系統工程 - 成大化工系
Slide 1
奈米材料科技暨尖端化工科技
發表會
光電/陶瓷材料
教授研究現況
Slide 2
光電/陶瓷材料
洪昭南
吳季珍
高振豐
陳進成
鍾賢龍
Slide 3
電漿實驗室
A Dream Makes a Team
教授 洪昭南
專長/ 研究領域
電漿技術、光電薄膜與元件、微機電、
真空鍍膜技術、薄膜材料、金屬及陶瓷材料
研究主題
1.光電與耐磨耗奈米晶體複合薄膜之研究
2.類鑽碳
3.有機發光二極體
4.中空陰極電弧放電
5.微放電陣列式常壓均勻冷電漿之開發及應用
6.鑽石薄膜
Slide 4
1.光電與耐磨耗奈米晶體複合薄膜之研究
本實驗室在研究中，已逐步的探討奈米晶體析出的機
構並發表於期刊(Appl. Phys. Lett. 82(20), 3526
(2003))。在發光元件的研究方面，亦利用感應耦合式電
漿系統輔助電子槍蒸鍍系統進行非晶質氮化矽基質包覆矽
奈米晶體的研究。
2.類鑽碳
類鑽碳(Diamond-Like Carbon ,DLC) 膜具有和鑽石相近
的特性，嚴格區分可分為兩種，一為真正的類鑽碳膜，膜內
不含氫或只是含極少的氫原子，我們稱之為非晶質類鑽碳膜。
已開發應用之技術:模具、切削工具、光學鏡片、電腦資料儲
存。封裝、生醫材料、化學藥品貯存。
3.有機發光二極體
屬於自體發光固態元件，具有(1)低操作電壓(2)結構簡單、
輕薄(3)自體發光，非利用光調變顯示(4)高亮度、效率(5)易達
成全彩化顯示，等優點。實驗室目前的研究有(1)電極材料開發
與改質(2)元件結構設計(3)相關製程開發(4)相關光化學機制探
討
Slide 5
4.中空陰極電弧放電
本實驗開發之技術具有下列優越特點：
高密度電漿、無微粒產生機制、設備簡單、儀器成本較低、高能量
離子源；應用方面有成長不含氫之類鑽碳膜或鑽石薄膜、成長奈米複合
材料、奈米碳管及奈米鑽石薄膜、快速表面清潔處理及薄膜退鍍、可開
發超音速離子束，並用於表面平整化處理、清潔、離子植入及低溫薄膜
成長。
5.微放電陣列式常壓均勻冷電漿
Ven
t
本實驗室所開發的常壓電漿技術屬微放電陣列
式冷電漿，係針對電極設計，配合高頻率低電壓電
源以獲得高均勻性高電漿密度電漿，本實驗室目前
正積極開發在合成碳微結構材料、鍍膜、蝕刻及表
面處理上的應用。
6.鑽石薄膜
鑽石具有許多優異的物性以及化性，本實驗室現
有成長鑽石薄膜之技術
（1）高成核密度 （2）低溫成長鑽石薄膜
（3）成長出高品質及高平整度之鑽石
Slide 6
尖端奈米材料實驗室
Advanced Nanomaterials Laboratory
一維半導體奈米材料
One-Dimensional Semiconductor Nanostructures
• 主持人: 吳季珍 助理教授
• E-mail: [email protected]
Nov. 08, 2003
成功大學化工系研究成果發表會
Slide 7
Motivation
• Why 1-D semiconductor nanostructures?
Fundamental studies
―The roles of orderliness, dimensionality and size on physical
properties
Applications
―Nanoelectronics
―Functional, nanostructured materials
SiNW complementary inverters-like structure
Samsung, Korea
4.5 in. SWNTs-FED
A MWNT tip attached to
a silicon cantilever tip
Slide 8
Fabrication of 1-D Semiconductor Nanostructures
Top Down
Bottom Up
A) Direction by an anisotropic crystallographic
structure of a solid; B) Confinement by a liquid
droplet as in the vapor-liquid-solid process; C)
direction through the use of a template; D) Kinetics
control provided by a capping reagent; E) Self
assembly of 0D nanostructures; F) Size reduction
of a 1D microstructure.
Y. Xia et al.,Adv. Mater. 15, 353, 2003
Slide 9
1-D Nanostructures@ Advanced Nanomaterials Lab.CHE.NCKU
ZnO Nanorods
(Adv. Mater. & JPCB, 2002)
GaN Nanowires (VLS)
(JPCB, 2002)
ZnO Nanotubes
(APL, 2002)
TiO2 Nanorods
nc-Si/SiOx Composite Nanorods
(Adv. Mater., 2002)
Ga2O3 Nanowires (VLS)
Slide 10
Physical Properties of the ZnO Based Nanorods
377
6
T=300K
375
M (em u/cm 3 )
C L p ea k p o sito n (n m )
376
374
373
372
371
@ R.T.
370
x = 6 .3 %
x = 3 .7 %
4
2
0
-2
369
60
80
100
120
140
160
180
B
-4
D iam eter (nm )
Size-Dependent Cathodoluminescence
from single ZnO nanorods
-1 5 0 0
-1 0 0 0
-5 0 0
0
500
1000
1500
H (O e)
Room-Temperature Ferromagnetism
in
Well-Aligned Zn1-xCoxO Nanorods
3.42
3.40
3.38
Band gap (eV)
-6
3.36
3.34
3.32
@ R.T.
3.30
3.28
3.26
0
1
2
3
4
5
Mg concentration (mol%)
6
7
Band Gap Engineering of
Zn1-xMgxO Nanorods
Slide 11
高振豐實驗室
精密陶瓷及特殊材料之合成、性質及其應用之
研究
鈦(矽)酸鈣、鍶、鋇之各種製程及光、電、化
學性質的研究
鋰離子電池之研究
高導電性化合物之合成及其性質研究
燃料電池之設計及增進效率之研究
高價值之有機物的合成、電化學工程及應用電
化學之研究
Slide 12
金屬及合金之腐蝕及防蝕
工業廢水及廢氣處理及污染防治
空氣廢氣中，氮氧化物感測器之製作及偵
測
石油中萃取芳香烴之研究
Slide 13
相變化及核凝實驗室
陳進成 C.C.Chen
E-mail：[email protected]
Slide 14
核凝現象及奈米微粒製備
在一般相變化過程中，成核現象是一個很重要
的關鍵。成核情形會決定相變化產生與否；在
自然界普遍存在如：雲、霧、雪…等之形成。
在工業界上如結晶、發泡、粉末製造、廢氣汙
染防治…等皆涉及成核現循。此研究主要是探
討（1）固體微粒要在多大的過飽和度下方能成
為凝結核，產生非均勻相核凝現象？（2）目前
之核凝理論之預測值是否正確？過去此方面之
實驗數據點相當少，故尚無肯定之理論。本研究以電噴霧法製備
奈米微粒並以流動型雲霧室來探討一系列帶電及中性奈米微粒所
引起之非均勻相核凝機構。此實驗所得據可增進過此核凝現象之
了解及印証現有理論之正確定性。同時藉比較正負電荷之差異，
更可深入探討奈米微粒分子間作用力之微觀現象。而利用電噴霧
法將榕液噴出，在適當的控制條件下，期望噴出的液滴只含有一
顆奈米微粒。當包覆於固體外的液體揮發後，即可得到奈米微粒。
由電噴霧所得到的奈米微粒可做多方面的應用。
Slide 15
半導體發光板
由於LED（發光二極體）比
傳統照明設備能夠節省能源，
是未來人照明設備的發展趨
勢。因此以電噴霧法製半導
體奈米粒子薄膜，期望能開
發低成本製程以及高發光效
率之發光源。
相變型光碟材料研究
相變型光碟及記錄原理是利用材料
的結晶態與非結晶態之間的反射率
差異做為記錄資訊的方法。利用真
空共蒸鍍製備合金記錄薄膜，以探
討熱處理溫度與時間對薄膜結晶情
形影響；再利用雷射表面處理及熱
傳模擬探討碟片性質。
Slide 16
半導體式氣體感測器
為了因應人們對於生命安全與生
活品質的要求及工業科技的發展，
感測器的重要性益趨重要。近年
來，發展最廣泛的是以金屬氧化
物為材料所製備而成的”半導體
式氣體感測器”。此一類型的感
測器具有相當大的比表面積因此
可得到較高的感測度、質輕且體
積小、耐熱性及抗腐蝕性佳，感
測元件的製作並可結合積體電路
的相關技術，製作成本亦可因此
降低。
Slide 17
高性能材料合成與製程實驗室
LABORATORIES FOR ADVANCED MATERIALS
SYNTHESIS AND PROCESSING（LAMSAP）
鍾賢龍 教授 Shyan-Lung Chung
Email： [email protected]
Slide 18
本實驗室自行開發之氮化鋁生產技術
氮化鋁為電子應用材料中十分熱門的材料，其商業應用的潛力源自
於其擁有良好的電絕緣性，高的熱傳導係數（室溫之理論熱傳導為
320 W/mk，目前市售之氮化鋁燒結體其熱傳導值為80-260 W/mk），
低熱膨脹係數（與矽值接近），低介電常數與高介電強度。因此氮
化鋁可應用於移除矽晶片廢熱之元件開發。其應用包括：（1）高
功率電子電路基板、heat sinks；（2）射頻構裝與微波構裝之絕緣
層/基板材料；（3）半導體製程設備之electrostatic chuck（ESC）、
heater；（4）盛裝高溫熔鹽（carbonate eutectic mixtures, chlorides與
cryolite等）或熔融金屬（Cu, Li, Ur, ferrous alloys等）之坩堝；（5）
氮化鋁/高分子複合材料（die attach adhesives, EMC, thermal greases,
thermal dissipation pads）；（6）氮化鋁/金屬複合材料等。
Slide 19
多年前即從事於以燃燒合成法合成氮化鋁之製程開發，在不斷地
創新與改良當中，最近開發出一種新製程 (專利申請中)，此技
術主要是將鋁粉倒入一鋁製容器內，再將此鋁製容器置入充滿氮
氣（1-3 atm）之反應器內，於反應物頂部進行加熱，當頂部反
應物引燃後，隨即將加熱源關閉，利用反應本身所放出之熱量提
供其鄰近反應物所需之熱能。該反應特色為此鋁製容器會同時反
應成氮化鋁，產物轉化率高達99.9 %以上，反應時間短（30 kg
AlN/batch整體反應時間為~2hrs）且燃燒產物為一多孔疏鬆結構，
故研磨效率高，由於此法係採用鋁粉為反應物，原料成本低，能
源需求亦較小，加上製程簡單、生產過程快速與可大量生產，因
此極具商業化應用價值。
本法製造之氮化鋁粉體（D50：1.8 um；Oxygen content：1.1wt%）
(a)氮化鋁粉體巨觀圖
(b)氮化鋁SEM圖
Slide 20
應用本技術製造之氮化鋁粉製成EMC試片之性質
披覆矽氧烷（GPS）之氮化鋁粉進行封裝材料測試資料
硬化時間
30 min
硬化溫度
175 ℃
熱傳導值
12 W/MK（傳統EMC：2 W/MK）
介電常數（RT,1 MHz）
6.34
氮化鋁含量
75 wt%
應用本技術製造之氮化鋁粉的燒結條件與性質
燒結助劑
添加量
微波燒結
溫度
持溫時間
熱傳導值
Y2O3
5wt%
1900℃
0-360 min
170-230
W/MK
(a)燒結試片外觀圖
(b)燒結試片破裂
面SEM圖
奈米材料科技暨尖端化工科技
發表會
光電/陶瓷材料
教授研究現況
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光電/陶瓷材料
洪昭南
吳季珍
高振豐
陳進成
鍾賢龍
Slide 3
電漿實驗室
A Dream Makes a Team
教授 洪昭南
專長/ 研究領域
電漿技術、光電薄膜與元件、微機電、
真空鍍膜技術、薄膜材料、金屬及陶瓷材料
研究主題
1.光電與耐磨耗奈米晶體複合薄膜之研究
2.類鑽碳
3.有機發光二極體
4.中空陰極電弧放電
5.微放電陣列式常壓均勻冷電漿之開發及應用
6.鑽石薄膜
Slide 4
1.光電與耐磨耗奈米晶體複合薄膜之研究
本實驗室在研究中，已逐步的探討奈米晶體析出的機
構並發表於期刊(Appl. Phys. Lett. 82(20), 3526
(2003))。在發光元件的研究方面，亦利用感應耦合式電
漿系統輔助電子槍蒸鍍系統進行非晶質氮化矽基質包覆矽
奈米晶體的研究。
2.類鑽碳
類鑽碳(Diamond-Like Carbon ,DLC) 膜具有和鑽石相近
的特性，嚴格區分可分為兩種，一為真正的類鑽碳膜，膜內
不含氫或只是含極少的氫原子，我們稱之為非晶質類鑽碳膜。
已開發應用之技術:模具、切削工具、光學鏡片、電腦資料儲
存。封裝、生醫材料、化學藥品貯存。
3.有機發光二極體
屬於自體發光固態元件，具有(1)低操作電壓(2)結構簡單、
輕薄(3)自體發光，非利用光調變顯示(4)高亮度、效率(5)易達
成全彩化顯示，等優點。實驗室目前的研究有(1)電極材料開發
與改質(2)元件結構設計(3)相關製程開發(4)相關光化學機制探
討
Slide 5
4.中空陰極電弧放電
本實驗開發之技術具有下列優越特點：
高密度電漿、無微粒產生機制、設備簡單、儀器成本較低、高能量
離子源；應用方面有成長不含氫之類鑽碳膜或鑽石薄膜、成長奈米複合
材料、奈米碳管及奈米鑽石薄膜、快速表面清潔處理及薄膜退鍍、可開
發超音速離子束，並用於表面平整化處理、清潔、離子植入及低溫薄膜
成長。
5.微放電陣列式常壓均勻冷電漿
Ven
t
本實驗室所開發的常壓電漿技術屬微放電陣列
式冷電漿，係針對電極設計，配合高頻率低電壓電
源以獲得高均勻性高電漿密度電漿，本實驗室目前
正積極開發在合成碳微結構材料、鍍膜、蝕刻及表
面處理上的應用。
6.鑽石薄膜
鑽石具有許多優異的物性以及化性，本實驗室現
有成長鑽石薄膜之技術
（1）高成核密度 （2）低溫成長鑽石薄膜
（3）成長出高品質及高平整度之鑽石
Slide 6
尖端奈米材料實驗室
Advanced Nanomaterials Laboratory
一維半導體奈米材料
One-Dimensional Semiconductor Nanostructures
• 主持人: 吳季珍 助理教授
• E-mail: [email protected]
Nov. 08, 2003
成功大學化工系研究成果發表會
Slide 7
Motivation
• Why 1-D semiconductor nanostructures?
Fundamental studies
―The roles of orderliness, dimensionality and size on physical
properties
Applications
―Nanoelectronics
―Functional, nanostructured materials
SiNW complementary inverters-like structure
Samsung, Korea
4.5 in. SWNTs-FED
A MWNT tip attached to
a silicon cantilever tip
Slide 8
Fabrication of 1-D Semiconductor Nanostructures
Top Down
Bottom Up
A) Direction by an anisotropic crystallographic
structure of a solid; B) Confinement by a liquid
droplet as in the vapor-liquid-solid process; C)
direction through the use of a template; D) Kinetics
control provided by a capping reagent; E) Self
assembly of 0D nanostructures; F) Size reduction
of a 1D microstructure.
Y. Xia et al.,Adv. Mater. 15, 353, 2003
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1-D Nanostructures@ Advanced Nanomaterials Lab.CHE.NCKU
ZnO Nanorods
(Adv. Mater. & JPCB, 2002)
GaN Nanowires (VLS)
(JPCB, 2002)
ZnO Nanotubes
(APL, 2002)
TiO2 Nanorods
nc-Si/SiOx Composite Nanorods
(Adv. Mater., 2002)
Ga2O3 Nanowires (VLS)
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Physical Properties of the ZnO Based Nanorods
377
6
T=300K
375
M (em u/cm 3 )
C L p ea k p o sito n (n m )
376
374
373
372
371
@ R.T.
370
x = 6 .3 %
x = 3 .7 %
4
2
0
-2
369
60
80
100
120
140
160
180
B
-4
D iam eter (nm )
Size-Dependent Cathodoluminescence
from single ZnO nanorods
-1 5 0 0
-1 0 0 0
-5 0 0
0
500
1000
1500
H (O e)
Room-Temperature Ferromagnetism
in
Well-Aligned Zn1-xCoxO Nanorods
3.42
3.40
3.38
Band gap (eV)
-6
3.36
3.34
3.32
@ R.T.
3.30
3.28
3.26
0
1
2
3
4
5
Mg concentration (mol%)
6
7
Band Gap Engineering of
Zn1-xMgxO Nanorods
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高振豐實驗室
精密陶瓷及特殊材料之合成、性質及其應用之
研究
鈦(矽)酸鈣、鍶、鋇之各種製程及光、電、化
學性質的研究
鋰離子電池之研究
高導電性化合物之合成及其性質研究
燃料電池之設計及增進效率之研究
高價值之有機物的合成、電化學工程及應用電
化學之研究
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金屬及合金之腐蝕及防蝕
工業廢水及廢氣處理及污染防治
空氣廢氣中，氮氧化物感測器之製作及偵
測
石油中萃取芳香烴之研究
Slide 13
相變化及核凝實驗室
陳進成 C.C.Chen
E-mail：[email protected]
Slide 14
核凝現象及奈米微粒製備
在一般相變化過程中，成核現象是一個很重要
的關鍵。成核情形會決定相變化產生與否；在
自然界普遍存在如：雲、霧、雪…等之形成。
在工業界上如結晶、發泡、粉末製造、廢氣汙
染防治…等皆涉及成核現循。此研究主要是探
討（1）固體微粒要在多大的過飽和度下方能成
為凝結核，產生非均勻相核凝現象？（2）目前
之核凝理論之預測值是否正確？過去此方面之
實驗數據點相當少，故尚無肯定之理論。本研究以電噴霧法製備
奈米微粒並以流動型雲霧室來探討一系列帶電及中性奈米微粒所
引起之非均勻相核凝機構。此實驗所得據可增進過此核凝現象之
了解及印証現有理論之正確定性。同時藉比較正負電荷之差異，
更可深入探討奈米微粒分子間作用力之微觀現象。而利用電噴霧
法將榕液噴出，在適當的控制條件下，期望噴出的液滴只含有一
顆奈米微粒。當包覆於固體外的液體揮發後，即可得到奈米微粒。
由電噴霧所得到的奈米微粒可做多方面的應用。
Slide 15
半導體發光板
由於LED（發光二極體）比
傳統照明設備能夠節省能源，
是未來人照明設備的發展趨
勢。因此以電噴霧法製半導
體奈米粒子薄膜，期望能開
發低成本製程以及高發光效
率之發光源。
相變型光碟材料研究
相變型光碟及記錄原理是利用材料
的結晶態與非結晶態之間的反射率
差異做為記錄資訊的方法。利用真
空共蒸鍍製備合金記錄薄膜，以探
討熱處理溫度與時間對薄膜結晶情
形影響；再利用雷射表面處理及熱
傳模擬探討碟片性質。
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半導體式氣體感測器
為了因應人們對於生命安全與生
活品質的要求及工業科技的發展，
感測器的重要性益趨重要。近年
來，發展最廣泛的是以金屬氧化
物為材料所製備而成的”半導體
式氣體感測器”。此一類型的感
測器具有相當大的比表面積因此
可得到較高的感測度、質輕且體
積小、耐熱性及抗腐蝕性佳，感
測元件的製作並可結合積體電路
的相關技術，製作成本亦可因此
降低。
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高性能材料合成與製程實驗室
LABORATORIES FOR ADVANCED MATERIALS
SYNTHESIS AND PROCESSING（LAMSAP）
鍾賢龍 教授 Shyan-Lung Chung
Email： [email protected]
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本實驗室自行開發之氮化鋁生產技術
氮化鋁為電子應用材料中十分熱門的材料，其商業應用的潛力源自
於其擁有良好的電絕緣性，高的熱傳導係數（室溫之理論熱傳導為
320 W/mk，目前市售之氮化鋁燒結體其熱傳導值為80-260 W/mk），
低熱膨脹係數（與矽值接近），低介電常數與高介電強度。因此氮
化鋁可應用於移除矽晶片廢熱之元件開發。其應用包括：（1）高
功率電子電路基板、heat sinks；（2）射頻構裝與微波構裝之絕緣
層/基板材料；（3）半導體製程設備之electrostatic chuck（ESC）、
heater；（4）盛裝高溫熔鹽（carbonate eutectic mixtures, chlorides與
cryolite等）或熔融金屬（Cu, Li, Ur, ferrous alloys等）之坩堝；（5）
氮化鋁/高分子複合材料（die attach adhesives, EMC, thermal greases,
thermal dissipation pads）；（6）氮化鋁/金屬複合材料等。
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多年前即從事於以燃燒合成法合成氮化鋁之製程開發，在不斷地
創新與改良當中，最近開發出一種新製程 (專利申請中)，此技
術主要是將鋁粉倒入一鋁製容器內，再將此鋁製容器置入充滿氮
氣（1-3 atm）之反應器內，於反應物頂部進行加熱，當頂部反
應物引燃後，隨即將加熱源關閉，利用反應本身所放出之熱量提
供其鄰近反應物所需之熱能。該反應特色為此鋁製容器會同時反
應成氮化鋁，產物轉化率高達99.9 %以上，反應時間短（30 kg
AlN/batch整體反應時間為~2hrs）且燃燒產物為一多孔疏鬆結構，
故研磨效率高，由於此法係採用鋁粉為反應物，原料成本低，能
源需求亦較小，加上製程簡單、生產過程快速與可大量生產，因
此極具商業化應用價值。
本法製造之氮化鋁粉體（D50：1.8 um；Oxygen content：1.1wt%）
(a)氮化鋁粉體巨觀圖
(b)氮化鋁SEM圖
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應用本技術製造之氮化鋁粉製成EMC試片之性質
披覆矽氧烷（GPS）之氮化鋁粉進行封裝材料測試資料
硬化時間
30 min
硬化溫度
175 ℃
熱傳導值
12 W/MK（傳統EMC：2 W/MK）
介電常數（RT,1 MHz）
6.34
氮化鋁含量
75 wt%
應用本技術製造之氮化鋁粉的燒結條件與性質
燒結助劑
添加量
微波燒結
溫度
持溫時間
熱傳導值
Y2O3
5wt%
1900℃
0-360 min
170-230
W/MK
(a)燒結試片外觀圖
(b)燒結試片破裂
面SEM圖